日本物理学会　2008年秋季大会 (2008年09月23日, 山形大学小白川キャンパス, 山形 )

スペース重力波アンテナ DECIGO 計画 XV（設計・計画・パスファインダー）

安東正樹，川村静児，高橋龍一，中村卓史，坪野公夫，田中貴浩，瀬戸直樹，沼田健司，船木一幸，森本睦子，佐藤修一，青柳巧介，我妻一博，阿久津智忠，阿久津朋美，浅田秀樹，麻生洋一，新井宏二，荒瀬勇太，新谷昌人，井岡邦仁，池上健，石川毅彦，石徹白晃治，市來淨與，伊東宏之，伊藤洋介，井上開輝，植田憲一，榎基宏，戎崎俊一，江里口良治，大石奈緒子，大河正志，大橋正健，大原謙一，奥冨聡，小野里光司，鎌迫将悟，河島信樹，川添史子，神田展行，雁津克彦，木内建太，桐原裕之，工藤秀明，國中均，國森裕生，クラウス・ヴェルナー，黒田和明，小泉宏之，郡和範，苔山圭以子，古在由秀，小嶌康史，固武慶，小林史歩，西條統之，坂井真一郎，阪上雅昭，阪田紫帆里，佐合紀親，佐々木節，佐藤孝，柴田大，真貝寿明，杉山直，宗宮健太郎，祖谷元，高野忠，高橋走，高橋忠幸，高橋弘毅，高橋竜太郎，高森昭光，田越秀行，田代寛之，谷口敬介，樽家篤史，千葉剛，辻川信二，常定芳基，徳田充，徳成正雄，豊嶋守生，内藤勲夫，中尾憲一，中川憲保，中須賀真一，中野寛之，長野重夫，中村康二，中山宜典，西澤篤志，西田恵里奈，西山和孝，丹羽佳人，橋本樹明，端山和大，原田知広，疋田渉，姫本宣朗，平林久，平松尚志，福嶋美津広，藤本眞克，二間瀬敏史，細川端彦，堀澤秀之，前田恵一，松原英雄，三浦純一，蓑泰志，宮川治，三代木伸二，向山信治，武者満，森岡友子，森澤理之，森脇成典，柳哲文，山崎利孝，山元一広，横山順一，吉田至順，吉野泰造

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10–4 10–2 100 102 104

10–26

10–24

10–22

10–20

10–18

10–16

Frequency [Hz]

Str

ain

[

1/H

z1/2]

DECIGO

DECIGO

地上干渉計・ LISAの中間の周波数帯で観測 (0.1-1Hz) 相補的な観測 連星合体の観測など 他では得られない情報 バックグラウンド重力波観測など

(DECI-hertz interferometer Gravitational wave Observatory)

LCGT DECIGO

銀河系内連星バックグラウンド雑音

重力場変動雑音 (地上検出器 )

銀河系内連星

大質量ブラックホール 連星合体

中間質量ブラックホール 連星合体

初期宇宙からの重力波 (Wgw=10-14)

重力崩壊型超新星爆発

ScoX-1 (1yr)パルサー

　　 (1yr)

中性子星連星合体

LISA

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DECIGOの概要

光共振型マイケルソン干渉計 　　　アーム長： 1000 km 　　　レーザーパワー： 10 W, レーザー波長： 532 nm 　　　ミラー直径： 1 m

スペース重力波アンテナ 0.1Hz付近の重力波の観測を行う　　　　　　 (LISAと地上検出器の狭間の周波数帯 )

互いに 1000km離れた 試験質量 (鏡 ) の間の距離を　　レーザー干渉計によって精密測距

試験質量は、 S/C 内に非接触保持　 　　 太陽輻射圧変動などの　　 　　　外乱を避ける　

試験質量の位置を基準に　 S/C位置を制御する : 　 　　ドラッグフリー制御

重力波検出器の原理 (自由質点間の距離変動を観測 )　　 を、よりシンプルに実現

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DECIGOと LCGT

Figure: S.KawamuraModification: M. Ando

周 波 数 [Hz]

DECIGO 　　　　　　　 　 LCGT

２台の相関３年間

インフレーション背景重力波

合体５年前

ストレ

イン

[H

z-1

/2]

z=1

1000 M

◎

z=1

銀河内パルサー

超新星爆発20Mpc

10-3 10-2 10-1 1 10 102 103 104

10-19

10-20

10-21

10-22

10-23

10-24

10-25

10-26

100Mpc

中性子星連星

ブラックホール連星10 M

◎

400Mpc

合体

合体

2024年目標重力波源： 宇宙論的現象

サイエンス： 巨大 BHの形成 ダークエネルギー インフレーション

検出頻度： 常時～ 105個

2014年目標重力波源：　　天体現象

サイエンス： 一般相対論の検証 爆発のメカニズム ガンマ線バースト

検出頻度：年間～ 10個

地上検出器と宇宙検出器の対比

瀬戸さんの発表

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DECIGOのロードマップ

Figure: S.Kawamura

2007

08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

ミッション

目的

　　根幹技術の宇宙実証　　銀河系内観測

重力波の検出 　　 (最小限のスペック )S/C 間での FP干渉計実証

重力波天文学

構成

　　小型衛星 1機　　短基線長 FP共振器 1台

S/C 3台干渉計 1台

S/C 3機干渉計 3台 (3-4 ユニット )

DECIGO Pathfinder(DPF)

Pre-DECIGODECIGO

R&DFabrication

R&DFabrication

R&DFabrication

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DECIGO-PF

DECIGO パスファインダー (DPF)

　　小型衛星 1 機 (90cm立方 x2, 350kg) 地球周回軌道 ( 高度 500km, 太陽同期軌道 ) フリーマスで構成された基線長 30cmの FP共振器　　 レーザー光源とその安定化システム ドラッグ・フリーの組み込み

重力波の観測　　　 地上での観測が困難な 0.1-1Hzの重力波を観測　　 ターゲット : 銀河中心付近の巨大・中間質量ブラックホール地球重力場の観測

DECIGOのための宇宙実証試験 レーザー安定化システム ,干渉計・試験マス制御　　　衛星のドラッグフリー制御

DECIGOのための前哨衛星最短 2012年度 打ち上げを目指す

Local Sensor

Actuator

Thruster

Laser

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DPFの観測対象

DPFで期待できる重力波源

103 104 105 10610–1

100

101

102

Ob

serv

able

Ran

ge

Mass [Msolar]

[kp

c,

SN

R=

5]

Galactic Center

BH QNM

BH Inspiral

ＤＰ Fでは、我々の銀河中心での イベントを SNR~5 で検出できる

BH準固有振動からの重力波

h ~ 10-15 , f ~ 0.3 Hz Distance 1Mpc, m = 105 Msun

中間質量ブラックホール合体

観測時間 (~数千秒 )

h ~ 10-15 , f ~ 4 Hz Distance 10kpc, m = 103

Msun

KAGAYA

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DPFシステム概要

DPFシステム

安定化レーザー光源

干渉計モジュール

衛星バス

太陽電池パドル

ミッションスラスタヘッド

中央処理演算器

衛星バス 3N スラスタ

Satellite Bus (‘Standard bus’ system)

DPF PayloadSize : 900mm cubeWeight : 150kgPower : 130WData Rate: 800kbpsMission thruster x16

Power SupplySpW Comm.

Size : 950x950x1100mmWeight : 200kgSAP : 960W Battery: 50AHDownlink : 2MpbsDR: 1GByte3N Thrusters x 4

マスト構造

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DPFミッションの現状

JAXAの小型科学衛星シリーズの候補の 1つ

標準衛星バス + 次期固体ロケットを利用して、 最低 3機の小型科学衛星 を打ち上げる計画

最初のミッション (2011年 ): TOPS 2番目のミッションは 2008年度中に決定

候補 : DIOS, ERG, DPF など 15ミッション

TOPS イメージ図 (JAXA Web ページより )

重点ミッションには、戦略的開発経費の予算措置

レーザー光源の安定化 , 小型低雑音スラスタ ,ハウジング・干渉計 (鏡、センサー、アクチュエータ、打ち上げ

ロック機構 ), ドラッグフリーと衛星制御 , ミッション部熱構造設計

現在 、ミッション提案書を準備中 Phase-A移行へ　　重点開発要素の R&Dを行う

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小型以上の科学衛星計画の流れ

基礎開発 ミッション検討

鍵となる技術の開発

計画確立 基本設計・試作

詳細設計・実機製作

組立て・試験

打上げ 観測運用システム検討

ワー

キン

グ

グルー

プ

設置審査

プロジェ

クト

移行審査

ワーキンググループ

プロジェクト

基 礎 開発費戦略的開発費

衛星試 作製 作 費

総合試験費

打上げ経費

運 用経費

ロケット 製 作 費

研究者グループ

計画成立性確認審査

フェーズＡ（研究）

プリフェーズＡ（基 礎研究 ）

フェーズＢ（予備設計）

フェーズＣ（設計・ 製 作 ）

フェーズＤ（試験）

フェーズＥ（運 用）

調査費

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DPFシステム検 討

検討 ・開発の現状

安定化レーザー光源 Yb:YAG (NPRO) 光源 ヨウ素飽和吸収による安定化制御 安定度向上 , パッケージ化

ハウジング プロトタイプの設計・製作 基本性能の試験

中村さんの発表 佐藤さんの発表

穀山さんの発表

信号処理・制御 SWIMの 製作 、衛星総合試験 宇宙実証試験

スラスタ 推力雑音評価装置　　 ( スラスタスタンド ) 製作

姿勢制御・ドラッグフリー 姿勢制御のためのホイールを搭載しない 重力傾度安定による受動安定化 衛星にマスト構造を取り付ける ミッション部スラスタによるドラッグフリー制御

森脇氏の設計・検討

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まとめ

重力波天文学にむけて

DECIGOの最初の前哨ミッション : DECIGO パスファインダー(DPF)宇宙での技術実証

0.1-1 Hz周波数帯での重力波観測が期待できる小型科学衛星シリーズの候補の 1つに挙げられている

DECIGOでは、　　電磁波観測・他の重力波観測器では得られない知見が期待できる 宇宙の起源とその進化 , ブラックホールの起源 など

超小型重力波検出器 SWIMmn 超小型試験マスモジュール DPFのハウジング SpaceWire通信 小型科学衛星 , 他の衛星への貢献 将来へ向けての経験と実績の蓄積

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第 1回 LISA-DECIGO 国際ワークショップ 将来の天文学発展の 鍵 を握る 『スペース重力波アンテナ』に関する、 欧米の LISA 計画と日本のDECIGO 計画が、 初のジョイント・ワークショップを開催します。

日時： 11月 12日 (水 ) ， 13日 ( 木） 場所： JAXA/ISAS ，相模原

http://tamago.mtk.nao.ac.jp/decigo/LISA-DECIGO.html

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　 終